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摘要：本文分析了排汽缸批量生产中焊接裂纹产生的具体原因，通过对焊缝金属的研究，从焊接材料的选择和焊接工艺方面提出了防止方法并提出了控制裂纹的一系列防止措施，为提高质量提供了理论参考。
关键词：焊接裂纹；防止方法；措施
0前言
常见的焊接裂纹根据生成时的温度，可分成热裂纹、冷裂纹和再热裂纹等几类。焊接结构中，焊裂纹以冷裂纹最为常见，其次为热裂纹，本次论文主要阐述裂纹的产生机理和防止措施[1]。
1排汽缸ASTMA387 GR22 CL2的焊接性
ASTM A387 GR22 CL2，该材料对应国产钢种为12Cr2Mo1v，属于Cr、Mo类珠光体耐热钢，一般供货状态是正火＋回火，其组织为碳化物和铁素体组织，具有好的抗氧化性和热强性，工作温度可达540℃。
珠光体耐热钢的主要焊接问题是热影响区的硬化、冷裂纹、回火脆性、软化以及再热裂纹问题。但在生产过程中主要是冷裂纹和再热裂纹，本文主要讨论的是冷裂纹和再热裂纹[2]。
2焊接裂纹
焊接裂纹是焊接件中最常见的一种严重缺陷。在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。
裂纹影响焊接件的安全使用，是一种非常危险的工艺缺陷。焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定潜伏期，有的则产生于焊后的再次加热过程中。焊接裂纹根据其部位、尺寸、形成原因和机理的不同，可以有不同的分类方法。按裂纹形成的条件，可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。在生产排汽缸工程中，主要是冷裂纹和再热裂纹。
3冷裂纹
大量的生产实践和理论研究证明，钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布，以及焊接接头所承受的应力状态是产生焊接冷裂纹的三大主要因素。这三个因素在一定条件下是相互联系和相互促进的。
3.1含氢量的影响
导致接头产生冷裂纹的氢主要是扩散氢。当焊缝中扩散氢含量的增加，冷裂纹率也随着增加。在电弧作用下，水分解为氢原子进入熔池，随着金属的冷却，氢的溶解量下降，氢逐渐析出，残存在固态金属中，形成氢分子，造成很大的内应力，容易产生裂纹。根据融合区氢浓度的聚集，预热对冷裂纹敏感性有较大的影响，在不预热的情况下熔合区的氢浓度在焊后4天将达到最高值。而采用预热后的氢的集聚时间和最高浓度值得到大幅度降低，有利于防治冷裂纹。类似的焊后紧急加热可加速氢的扩散，也是防治冷裂纹的有效措施之一。
3.2淬硬作用
具有淬硬倾向的钢种淬硬倾向越大，则接头中出现马氏体的可能性越大，产生冷裂纹率也越高。当材料一定时，随冷却速度的不同接头组织将相应改变。冷却速度越高，马氏体含量越高导致裂纹率急剧上升。在焊接条件下，近缝区的加热温度很高（达1350~1400℃）使奥氏体晶粒严重长大，快速冷却时，转变为粗大的马氏体，性能将更为脆硬。
3.3拘束应力
焊接接头拘束应力包括接头在焊接过程中因加热不均匀所承受的热应力、相变应力、结构自身几何因素所决定的内应力。如果当扩散氢含量增加时，即使马氏体扩散或拘束应力较小也有可能开裂。当材料的碳当量较高而在接头中形成较多的针状马氏体，即使扩散氢很少甚至没有，也会产生裂纹。
4防止冷裂纹的措施
防止冷裂纹生成原则上不外乎减少接头的淬硬、含氢量和拘束应力等三种,其防治措施也应与其相对应，但是在生产过程中要根据产品的实际情况来确定。
本文讨论的是排汽缸，对于母材和焊材都已经确定了，只能从工艺措施和结构来确定防止措施。
4.1工艺措施
从防止冷裂纹观点角度来考虑，焊接热循环首先应谋求缓冷，如采用较小的线能量和预热，因此在生产中应预热温度。由于冷裂纹经常具有延迟性。其另一有效防治措施是焊后紧急后热，保温缓冷也有助于防止冷裂纹的产生。
在排气外缸的生产过程中，由于焊缝长度大、结构过于密集，导致应力集中，从而容易产生焊接裂纹。在焊接过程中，避免焊缝接头在同一处，但由于产品结构的问题，有一些交叉焊缝，所以在交叉处应把焊接接头处理掉，再进行焊接。
在焊接排气缸过程中，由于焊缝过于集中，产生的应力较大，为了降低焊接应力，在焊缝中间留止裂孔和改变结构形式释放焊接应力。
4.2结构设计
制定工艺，必须尽量降低焊接应力，避免应力集中。例如：在实际生产过程中合理安排装配焊接顺序(1.件3与件6；2.件4与件7；3.件3与件5；件4与件6），使接头在最小的拘束条件下施焊。必要时可以采取分区对称、分段、反向等焊法，以降低焊接应力。同样从焊接角度来看，焊接线能量不宜选择过大，焊接热量更不应长时间集中于局部地区。（见图4-1和图4-2）
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图4-1焊接顺序 图4-2对称焊接
5再热裂纹
焊后焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹称为再热裂纹。再热裂纹通常发生在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，延向细晶区停止。钢中Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素会促使形成再热裂纹。
产生于某些低合金高强度钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢以及镍基合金焊后的再次高温加热过程中。其主要原因一般认为当焊后再次加热到500～700℃时，在热影响区的过热区内,由于特殊碳化物析出引起的晶内二次强化，一些弱化晶界的微量元素的析出，以及使焊接应力松弛时的附加变形集中于晶界，而导致沿晶开裂。因此，这种裂纹具有晶间开裂的特征，并且都发生在有严重应力集中的热影响区的粗晶区内。为了防止这种裂纹的产生，首先在设计时要选择再热裂纹敏感性低的材料，其次从工艺上要尽量减少近缝区的内应力和应力集中问题。
6防止措施
焊接过程中，应保持焊件温度不低于预热温度（包括多层焊时的层间温度）。焊接过程中尽量避免中断，不得已中断时，应保证焊件缓慢冷却，重新施焊前仍需预热。
焊件厚度较大时，可采用短道焊,使被焊的这一段焊缝在较短时间内重复加热，目的是为了使焊缝及热影响区缓慢冷却。
焊后缓冷。焊后缓冷是必须遵守原则，一般是焊后立即用石板布等保温材料覆盖在焊缝及近缝区，覆盖务必严实，确保缓冷。
7、结束语
本文通过前期研究，得出如下质量控制的结论：
1）焊前对焊件进行预热200℃以上，焊接过程中应控制焊接热输入，层间温度不超过350℃；
2）在焊接过程中，合理安排焊接的顺序；
3）合理改变焊接结构；
4）为防止再热裂纹，焊后对焊件进行保温缓冷。
参考文献
[1]中国机械工程学.焊接手册[M].3版.北京：机械工业出版社
[2]焊接变形的控制与矫正[M].北京：机械工业出版社